基于电荷等效法的电容短路放电微观特性数值模拟研究

摘要

为了研究基于IEC火花试验装置的容性电路短路放电的微观特性,该文建立了以钨为阳极材料、镉为阴极材料的二维平行极板仿真模型.在仿真区域充满了空气以及体积分数为8.5％的甲烷混合气体,根据电荷等效原理对该模型采用粒子法(PIC/MCC)进行数值模拟研究,着重分析了极间电压、极间距离及外接电容对电容短路放电过程的影响,得到了在击穿后放电过程中极间电压、电流、各种粒子浓度、平均电子能量的变化情况.模拟结果表明:随着极间电压的增大,平均电子能量也逐渐增大,极间电压对N2的电离影响程度远大于对O2和CH4的电离;当电极间距变大时,击穿所需要的时间变长,电极间气体介质越难以击穿;外接电容容值的改变,对气体电离基本不会产生影响,但外接电容的改变影响极间电流变化,击穿后的极间电流随着电容的增大而增大;随着极间电场强度的增大,气体电离会越剧烈,电流密度会越大,平均电子能量也会逐渐变大.